DE102020202263A1

DE102020202263A1 - Device for adapting a temperature distribution on a heat sink

Info

Publication number: DE102020202263A1
Application number: DE102020202263.1A
Authority: DE
Inventors: Thomas Maurer; Joao Oliveira; Annemarie Holleczek
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2019-12-13
Filing date: 2020-02-21
Publication date: 2021-06-17

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Anpassen einer Temperaturverteilung an einem Kühlkörper (10) umfassend: einen Strömungsgleichrichter (20) umfassend eine Lufteintrittsschnittstelle (22), eine Mehrzahl von Strömungskanälen (24) mit jeweils einer Lufteintrittsfläche und einer Luftaustrittsfläche, eine Luftaustrittsschnittstelle (26) und einen Kühlkörper (10), wobei die Mehrzahl von Strömungskanälen (24) parallel zueinander angeordnet und derart ausgerichtet ist, dass eine Längsachse der jeweiligen Strömungskanäle (24) senkrecht zu einer Öffnungsfläche der Lufteintrittsschnittstelle (22) und der Luftaustrittsschnittstelle (24) des Strömungsgleichrichters (20) liegt, und wobei der Strömungsgleichrichter (20) eingerichtet ist, einen aktiv oder passiv erzeugten diffusen Luftstrom (30) über die Lufteintrittsschnittstelle (22) entgegenzunehmen, den diffusen Luftstrom (30) über die Mehrzahl von Strömungskanälen (24) gleichzurichten und den gleichgerichteten Luftstrom (35) über die Luftaustrittsschnittstelle (26) im Wesentlichen senkrecht an eine den Kühlkörper (10) einhüllende Wärmeableitfläche (15) auszugeben.The present invention relates to a device for adapting a temperature distribution on a heat sink (10) comprising: a flow straightener (20) comprising an air inlet interface (22), a plurality of flow channels (24) each with an air inlet surface and an air outlet surface, an air outlet interface (26) and a heat sink (10), the plurality of flow channels (24) being arranged parallel to one another and aligned in such a way that a longitudinal axis of the respective flow channels (24) is perpendicular to an opening surface of the air inlet interface (22) and the air outlet interface (24) of the flow straightener ( 20), and wherein the flow straightener (20) is set up to receive an actively or passively generated diffuse air flow (30) via the air inlet interface (22), to rectify the diffuse air flow (30) via the plurality of flow channels (24) and the rectified Airflow (35) to be output via the air outlet interface (26) essentially vertically to a heat dissipation surface (15) enveloping the cooling body (10).

Description

Stand der TechnikState of the art

Die vorliegende ErfindungThe present invention

Vorrichtungen mit hoher elektrischer Leistungsaufnahme erfordern typischerweise spezielle Maßnahmen, welche eine Überhitzung von Komponenten dieser Vorrichtungen verhindern. Häufig sind Kühlstrukturen an einer Außenkontur dieser Vorrichtungen vorgesehen, um eine Kühlleistung auf Basis einer Umgebungsluft zu erhöhen. Die äußeren Kühlstrukturen können dabei zusätzlich mittels eines Luftstroms eines externen Lüfters angeströmt werden, um eine Wärmeabfuhr von der Oberfläche der Kühlstrukturen weiter zu verbessern. Ein diesbezüglicher Stand der Technik ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass ein Lüfter direkt mit einem Kühlkörper verbunden ist, um den Kühlkörper mit Luft aus dem Umfeld des Lüfters anzuströmen. Ein durch den Lüfter erzeugtes Strömungsprofil entspricht dabei meist einem diffusen Strömungsprofil.Devices with high electrical power consumption typically require special measures which prevent overheating of components of these devices. Often, cooling structures are provided on an outer contour of these devices in order to increase a cooling performance based on ambient air. The external cooling structures can additionally be exposed to a flow of air from an external fan in order to further improve heat dissipation from the surface of the cooling structures. A related prior art is characterized in particular in that a fan is connected directly to a heat sink in order to allow air from the area around the fan to flow to the heat sink. A flow profile generated by the fan mostly corresponds to a diffuse flow profile.

US7652880B2 beschreibt ein kombiniertes Kühlkörpersystem mit natürlicher und erzwungener Konvektion, das eine Vielzahl von Rippen, eine Vielzahl von Luftkanälen und mindestens einen Ventilator aufweist. Die Vielzahl von Rippen bildet eine Wärmesenke mit natürlicher Konvektion. Die Vielzahl von Luftkanälen bildet einen Zwangskonvektionskühlkörper. Der Kühlkörper mit natürlicher Konvektion und der Kühlkörper mit erzwungener Konvektion bilden einen kombinierten Kühlkörper mit natürlicher Konvektion und erzwungener Konvektion. US7652880B2 describes a combined heat sink system with natural and forced convection, which has a plurality of fins, a plurality of air ducts and at least one fan. The multitude of fins form a heat sink with natural convection. The multitude of air channels form a forced convection heat sink. The heat sink with natural convection and the heat sink with forced convection form a combined heat sink with natural convection and forced convection.

US4884631A beschreibt eine Kühlkörperanordnung mit einer geteilten Luftzufuhr, um die Länge des Luftströmungswegs durch mindestens zwei getrennte Rippenstrukturen zu minimieren. Unterschiedliche Ausführungsformen verwenden unterschiedliche Rippenstruktur- und Materialkonfigurationen. US4884631A describes a heat sink assembly with a split air supply to minimize the length of the air flow path through at least two separate fin structures. Different embodiments use different fin structure and material configurations.

DE 102007045555 A1 beschreibt einen Kühlkörper für ein LED-Modul mit wenigstens einem länglichen Luftführungsbereich zur Führung einer Luftbewegung längs der Haupterstreckung des Luftführungsbereichs zum Abtransport von Wärme. Der Luftführungsbereich weist hierzu eine nach außen führende Öffnung auf. Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Kühlsystem für ein LED-Modul vorgesehen, das einen erfindungsgemäßen Kühlkörper aufweist, sowie einen Lüfter zur Förderung der Luftbewegung durch den Luftführungsbereich. DE 102007045555 A1 describes a heat sink for an LED module with at least one elongate air guide area for guiding an air movement along the main extent of the air guide area for the removal of heat. For this purpose, the air duct area has an opening leading to the outside. According to a further aspect of the invention, a cooling system for an LED module is provided which has a heat sink according to the invention, as well as a fan for promoting the movement of air through the air guiding area.

„Konstruktionspraxis - Lüfter“ (https://www.konstruktionspraxis.vogel.de/in-derentwicklung-neue-wege-gehen-a-490652/) beschreibt einen Luftkühler mit einem Ventilator und einem Strömungsgleichrichter für eine verbesserte Luftverteilung in einem Kühlraum. Eine spezielle Anordnung der Luftleitschaufeln nimmt dafür den Drall aus dem Luftstrom und leitet die Luft als gleichgerichtete Strömung in den Kühlraum.“Construction practice - fan” (https://www. Konstruktionspraxis.vogel.de/in-derentwicklung-neue-wege-iegen-a-490652/) describes an air cooler with a fan and a flow straightener for improved air distribution in a cold room. A special arrangement of the air guide vanes removes the swirl from the air flow and directs the air as a rectified flow into the cooling space.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zum Anpassen einer Temperaturverteilung an einem Kühlkörper vorgeschlagen, wobei der Kühlkörper insbesondere eingerichtet ist, einen Sensor für ein Fortbewegungsmittel an einer vordefinierten Temperaturschnittstelle zwischen dem Kühlkörper und dem Sensor zu kühlen. Darüber hinaus können mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung auch von einem Sensor abweichende Komponenten gekühlt werden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann zum einen eingesetzt werden, um eine Anströmung des Kühlkörpers dahingehend anzupassen, dass eine Kühlleistung des Kühlkörpers an der vordefinierten Temperaturschnittstelle mit dem Sensor oder mit einer davon abweichenden zu kühlenden Komponente über eine gesamte Fläche der Temperaturschnittstelle vereinheitlicht wird. Zum anderen kann die erfindungsgemäße Vorrichtung genutzt werden, um eine vordefinierte Temperaturverteilung innerhalb der Fläche der Temperaturschnittstelle zu erzeugen, um beispielsweise einen Sensor in einem oberen Bereich der Temperaturschnittstelle stärker zu kühlen, als in einem unteren Bereich der Temperaturschnittstelle.According to the present invention, a device for adapting a temperature distribution on a heat sink is proposed, the heat sink being set up in particular to cool a sensor for a means of locomotion at a predefined temperature interface between the heat sink and the sensor. In addition, the device according to the invention can also be used to cool components that differ from a sensor. The device according to the invention can be used, on the one hand, to adapt a flow to the heat sink in such a way that a cooling capacity of the heat sink at the predefined temperature interface with the sensor or with a different component to be cooled is standardized over an entire area of the temperature interface. On the other hand, the device according to the invention can be used to generate a predefined temperature distribution within the surface of the temperature interface, for example to cool a sensor more in an upper area of the temperature interface than in a lower area of the temperature interface.

Ein die Vorrichtung einsetzendes Fortbewegungsmittel kann beispielsweise ein Straßenfahrzeug (z. B. Motorrad, PKW, Transporter, LKW) oder ein Schienenfahrzeug oder ein Luftfahrzeug/Flugzeug und/oder ein Wasserfahrzeug sein. Ein mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung einsetzbarer Sensor kann beispielsweise ein LIDAR-Sensor und/oder ein Radar-Sensor und/oder eine Videokamera und/oder ein davon abweichender Sensortyp sein.A means of locomotion using the device can, for example, be a road vehicle (e.g. B. . Motorcycle, car, van, truck) or a rail vehicle or an aircraft / airplane and / or a watercraft. A sensor that can be used with the device according to the invention can be, for example, a LIDAR sensor and / or a radar sensor and / or a video camera and / or a different sensor type.

Die Vorrichtung umfasst einen Kühlkörper und einen Strömungsgleichrichter, wobei der Strömungsgleichrichter eine Lufteintrittsschnittstelle und eine Mehrzahl von Strömungskanälen mit jeweils einer Lufteintrittsfläche und einer Luftaustrittsfläche umfasst. Die Lufteintrittsfläche und die Luftaustrittsfläche der jeweiligen Strömungskanäle stellen jeweils Öffnungsflächen an den jeweiligen Enden der Strömungskanäle dar. Die Mehrzahl von Strömungskanälen ist parallel zueinander angeordnet und derart ausgerichtet, dass eine Längsachse der jeweiligen Strömungskanäle senkrecht zu einer Öffnungsfläche der Lufteintrittsschnittstelle und der Luftaustrittschnittstelle liegt. Unter der Längsachse der Strömungskanäle soll eine Verbindungslinie zwischen der jeweiligen Lufteintrittsfläche und der jeweiligen Luftaustrittsfläche der jeweiligen Strömungskanäle verstanden werden, welche parallel zu jeweiligen Wandungen der Strömungskanäle liegt. Darüber hinaus sind die parallel angeordneten Strömungskanäle bevorzugt derart angeordnet, dass die jeweiligen Lufteintrittsflächen der Mehrzahl von Strömungskanälen innerhalb einer Ebene der Lufteintrittsschnittstelle liegen, während die jeweiligen Luftaustrittsflächen der Mehrzahl von Strömungskanälen innerhalb einer Ebene der Luftaustrittschnittstelle liegen. Neben dieser bevorzugten Anordnung der Mehrzahl von Strömungskanälen, ist es darüber hinaus auch denkbar, dass die jeweiligen Lufteintrittsflächen der Mehrzahl von Strömungskanälen nur teilweise innerhalb der Ebene der Lufteintrittsschnittstelle liegen und/oder die jeweiligen Luftaustrittsflächen der Mehrzahl von Strömungskanälen nur teilweise innerhalb der Ebene der Luftaustrittsschnittstelle liegen. Mit anderen Worten kann ein Teil der Strömungskanäle aus der Ebene der Lufteintrittsschnittstelle und/oder aus der Ebene der Luftaustrittsschnittstelle herausragen. Dadurch kann eine durch den Strömungsgleichrichter herzustellende Temperaturverteilung am Kühlkörper zusätzlich angepasst werden.The device comprises a heat sink and a flow straightener, the flow straightener comprising an air inlet interface and a plurality of flow channels, each with an air inlet surface and an air outlet surface. The air inlet area and the air outlet area of the respective flow channels each represent opening areas at the respective ends of the flow channels. The plurality of flow channels are arranged parallel to one another and aligned such that a longitudinal axis of the respective flow channels is perpendicular to an opening area of the air inlet interface and the air outlet interface. A connecting line between the respective air inlet surface and the respective air outlet surface of the respective flow channels should be under the longitudinal axis of the flow channels be understood, which is parallel to the respective walls of the flow channels. In addition, the flow channels arranged in parallel are preferably arranged such that the respective air inlet surfaces of the plurality of flow channels lie within a plane of the air inlet interface, while the respective air outlet surfaces of the plurality of flow channels lie within a plane of the air outlet interface. In addition to this preferred arrangement of the plurality of flow channels, it is also conceivable that the respective air inlet surfaces of the plurality of flow channels are only partially within the plane of the air inlet interface and / or the respective air outlet surfaces of the plurality of flow channels are only partially within the plane of the air outlet interface . In other words, some of the flow channels can protrude from the plane of the air inlet interface and / or from the plane of the air outlet interface. As a result, a temperature distribution on the heat sink to be produced by the flow straightener can also be adapted.

Ferner ist der Strömungsgleichrichter eingerichtet, einen aktiv oder passiv erzeugten diffusen Luftstrom über die Lufteintrittsschnittstelle entgegenzunehmen, den diffusen Luftstrom über die Mehrzahl von Strömungskanälen gleichzurichten und den gleichgerichteten Luftstrom über die Luftaustrittschnittstelle im Wesentlichen senkrecht an eine den Kühlkörper einhüllende Wärmeableitfläche auszugeben. Unter einem aktiv erzeugten diffusen Luftstrom soll beispielsweise ein mittels eines Lüfters erzeugter Luftstrom verstanden werden, während ein passiv erzeugter Luftstrom beispielsweise durch Wind und/oder Fahrtwind im Umfeld der erfindungsgemäßen Vorrichtung hervorgerufen werden kann. Die einhüllende Wärmeableitfläche des Kühlkörpers kann grundsätzlich eine einhüllende Fläche beliebiger Ausgestaltungen der Wärmeableitfläche des Kühlkörpers repräsentieren. Beispielhafte Ausgestaltungen des Kühlkörpers können eine ebene Fläche, eine mit einer Mehrzahl von Kühlrippen und/oder Kühl-Pins versehene Fläche oder auch davon abweichende Ausgestaltungen sein. Im Falle einer Verwendung einer Mehrzahl von Kühlrippen mit einer einheitlichen Höhe (d. h. die Kühlrippen ragen allesamt um denselben Betrag von einer Grundfläche des Kühlkörpers hervor), kann die einhüllende Wärmeableitfläche eine Ebene repräsentieren, welche durch die aus dem Kühlkörper einheitlich herausragenden Enden der Mehrzahl von Kühlrippen berührt wird. Darüber hinaus kann der Kühlkörper auch über eine Mehrzahl von Kühlrippen und/oder Kühl-Pins mit unterschiedlichen Höhen verfügen. Ein senkrechtes Auftreffen des gleichgerichteten Luftstroms auf die einhüllende Fläche kann sich in solch einem Fall auch auf ein senkrechtes Auftreffen des gleichgerichteten Luftstroms auf eine Tangente der einhüllenden Fläche beziehen.Furthermore, the flow rectifier is set up to receive an actively or passively generated diffuse air flow via the air inlet interface, to rectify the diffuse air flow via the plurality of flow channels and to output the rectified air flow via the air outlet interface essentially vertically to a heat dissipation surface enveloping the cooling body. An actively generated diffuse air flow should be understood to mean, for example, an air flow generated by means of a fan, while a passively generated air flow can be caused, for example, by wind and / or airflow in the vicinity of the device according to the invention. The enveloping heat dissipation surface of the cooling body can in principle represent an enveloping surface of any configuration of the heat dissipation surface of the cooling body. Exemplary configurations of the cooling body can be a flat surface, a surface provided with a plurality of cooling ribs and / or cooling pins, or configurations which differ therefrom. If a plurality of cooling fins with a uniform height are used (ie the cooling fins all protrude by the same amount from a base surface of the heat sink), the enveloping heat dissipation surface can represent a plane which passes through the ends of the plurality of cooling fins protruding uniformly from the heat sink is touched. In addition, the heat sink can also have a plurality of cooling fins and / or cooling pins with different heights. A perpendicular impingement of the rectified air flow on the enveloping surface can in such a case also relate to a perpendicular impingement of the rectified air flow on a tangent of the enveloping surface.

Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.The subclaims show preferred developments of the invention.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung weiter einen Lüfter, wobei der Lüfter eingerichtet ist, einen Luftstrom zu erzeugen, dessen durchschnittliche Strömungsrichtung im Wesentlichen senkrecht zur Öffnungsfläche der Lufteintrittsschnittstelle des Strömungsgleichrichters ausgerichtet ist. Der Lüfter kann beispielsweise ein Radiallüfter oder bevorzugt ein Axiallüfter sein, welcher in einem vordefinierten Abstand zum Strömungsgleichrichter angeordnet ist.In an advantageous embodiment of the present invention, the device according to the invention further comprises a fan, the fan being set up to generate an air flow, the average flow direction of which is oriented essentially perpendicular to the opening surface of the air inlet interface of the flow straightener. The fan can for example be a radial fan or preferably an axial fan, which is arranged at a predefined distance from the flow straightener.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung zusätzlich ein Luftfilter, wobei das Luftfilter durch eine geeignete Festlegung jeweiliger Größen und/oder Umrissformen der Lufteintrittsflächen durch den Strömungsgleichrichter selbst und/oder durch eine in Richtung des Luftstroms, dem Lüfter in Ansaugrichtung vorgelagerte Filterstruktur realisiert wird. Unter geeigneten Größen und/oder Umrissformen sollen solche Größen und/oder Umrissformen verstanden werden, welche unter durchschnittlich zu erwartenden Einsatzbedingungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung geeignet sind, potentiell auf das Filter auftreffende Schmutzpartikel von den Strömungskanälen des Strömungsgleichrichters fernzuhalten.In a further advantageous embodiment of the present invention, the device according to the invention additionally comprises an air filter, the air filter by suitably defining the respective sizes and / or contours of the air inlet surfaces by the flow straightener itself and / or by a device upstream of the fan in the suction direction in the direction of the air flow Filter structure is realized. Suitable sizes and / or contour shapes are to be understood as those sizes and / or contour shapes which, under the average expected operating conditions of the device according to the invention, are suitable for keeping dirt particles potentially hitting the filter away from the flow channels of the flow straightener.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung weisen die Lufteintrittsflächen und/oder die Luftaustrittsflächen der Strömungskanäle jeweils eine rechteckige und/oder eine wabenförmige und/oder eine runde und/oder eine elliptische Umrissform auf. Darüber hinaus können im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung auch davon abweichende Umrissformen eingesetzt werden. Der sich aus der Mehrzahl von Strömungskanälen zusammensetzende Strömungsgleichrichter kann beispielsweise einteilig mittels eines Strangpressverfahrens oder mittels eines Spritzgussverfahrens unter Verwendung weiter unten beschriebene Materialien hergestellt werden. Alternativ kann der Strömungsgleichrichter auch mehrteilig aus einer Mehrzahl einzelner Hohlkörper zusammengesetzt werden, wobei die jeweiligen Hohlkörper bevorzugt die oben genannten Umrissformen aufweisen können. Auf diese Weise kann beispielsweise eine Mehrzahl von Vierkantrohrabschnitten und/oder Rundrohrabschnitten derart parallel zueinander angeordnet werden, dass deren Öffnungsflächen parallel zur Lufteintrittsschnittstelle und/oder zur Luftaustrittsschnittstelle liegen. Darüber hinaus ist es auch denkbar, den Strömungsgleichrichter aus einer Mehrzahl einzelner Wandungsabschnitte (z. B. Plättchen) zusammenzusetzen, welche formschlüssig und/oder kraftschlüssig und/oder stoffschlüssig miteinander verbunden sein können, um beispielweise eine Waben- oder eine Gitterstruktur auszubilden. Dies können beispielsweise auch im Abstand der Strömungskanalwandungen teilgeschlitzte streifenförmige Abschnitte sein, welche derart ineinandergefügt werden können, dass diese eine Gitterstruktur ausbilden.In a further advantageous embodiment of the present invention, the air inlet surfaces and / or the air outlet surfaces of the flow channels each have a rectangular and / or a honeycomb and / or a round and / or an elliptical outline shape. In addition, contour shapes deviating therefrom can also be used in connection with the device according to the invention. The flow straightener composed of the plurality of flow channels can, for example, be produced in one piece by means of an extrusion process or by means of an injection molding process using materials described below. Alternatively, the flow straightener can also be assembled in several parts from a plurality of individual hollow bodies, the respective hollow bodies preferably being able to have the above-mentioned contour shapes. In this way, for example, a plurality of square tube sections and / or round tube sections can be arranged parallel to one another in such a way that their opening areas are parallel to the air inlet interface and / or to the air outlet interface. In addition, it is also conceivable to switch off the flow straightener a plurality of individual wall sections (e.g. B. . Platelets), which can be positively and / or non-positively and / or cohesively connected to one another in order to form, for example, a honeycomb or a lattice structure. This can, for example, also be strip-shaped sections which are partially slit at a distance from the flow channel walls and which can be fitted into one another in such a way that they form a lattice structure.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist eine Fläche und/oder eine Umrissform der Lufteintrittsflächen und/oder Luftaustrittsflächen der jeweiligen Strömungskanäle für alle Strömungskanäle des Strömungsgleichrichters identisch. Im Falle einer an der Temperaturschnittstelle bzw. am Kühlkörper zu erzeugenden vordefinierten Temperaturverteilung, kann die Fläche und/oder die Umrissform der Lufteintrittsflächen und oder Luftaustrittsflächen der jeweiligen Strömungskanäle auch variieren. Eine solche Variation der Fläche und/oder der Umrissform kann innerhalb der Fläche der Lufteintrittsschnittstelle bzw. der Luftaustrittsschnittstelle eindimensional (d. h. nur in eine Richtung innerhalb der Fläche, z. B. von links nach rechts) oder zweidimensional (d. h. in zwei senkrecht zueinanderstehenden Richtungen innerhalb der Fläche, z. B. von links nach rechts und von oben nach unten) erfolgen. Darüber hinaus kann eine solche Variation auf einen Teilbereich der Lufteintrittsschnittstelle bzw. der Luftaustrittsschnittstelle beschränkt sein. Des Weiteren kann die Variation einem einheitlichen Gradienten in eine oder mehrere Richtungen der Fläche der Lufteintrittsschnittstelle bzw. der Luftaustrittsschnittstelle oder einem über die Fläche variierende Gradienten entsprechen. Durch unterschiedliche Größen und/oder Umrissformen der Lufteintrittsflächen und/oder Luftaustrittsflächen lassen sich unterschiedliche Strömungsgeschwindigkeiten innerhalb der jeweiligen Strömungskanäle erzielen (je kleiner ein Querschnitt der Kanäle, desto größer ist die Strömungsgeschwindigkeit des Luftstroms in diesen Kanälen), wodurch eine entsprechend unterschiedliche Kühlleistung beim Auftreffen des Luftstroms am Kühlkörper und somit an der Temperaturschnittstelle zum Sensor oder zu einer vom Sensor abweichenden Komponente erreicht werden kann. Die Strömungsgeschwindigkeit der Luft in den jeweiligen Strömungskanälen kann zudem dadurch angepasst werden, dass eine Oberfläche von Innenwänden der Strömungskanäle eben ausgestaltet ist oder mit Verwirbelungsstrukturen (z. B. mittels eines Sägezahnprofils im Bereich der jeweiligen Lufteintrittsflächen, usw.) versehen ist.In a further advantageous embodiment of the present invention, a surface and / or an outline shape of the air inlet surfaces and / or air outlet surfaces of the respective flow channels is identical for all flow channels of the flow straightener. In the case of a predefined temperature distribution to be generated at the temperature interface or on the heat sink, the area and / or the contour shape of the air inlet surfaces and / or air outlet surfaces of the respective flow channels can also vary. Such a variation of the area and / or the outline shape can be one-dimensional within the area of the air inlet interface or the air outlet interface (ie only in one direction within the area, e.g. B. . from left to right) or two-dimensionally (ie in two perpendicular directions within the surface, e.g. B. . from left to right and from top to bottom). In addition, such a variation can be limited to a partial area of the air inlet interface or the air outlet interface. Furthermore, the variation can correspond to a uniform gradient in one or more directions of the surface of the air inlet interface or the air outlet interface or a gradient that varies over the surface. Different sizes and / or contours of the air inlet surfaces and / or air outlet surfaces can be used to achieve different flow speeds within the respective flow channels (the smaller the cross section of the channels, the greater the flow speed of the air flow in these channels), resulting in a correspondingly different cooling performance when the Air flow on the heat sink and thus on the temperature interface to the sensor or to a component that differs from the sensor can be achieved. The flow speed of the air in the respective flow channels can also be adapted in that a surface of the inner walls of the flow channels is designed to be flat or with swirl structures (e.g. B. . is provided by means of a sawtooth profile in the area of the respective air inlet surfaces, etc.).

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist der Strömungsgleichrichter aus einem Metall und insbesondere aus Aluminium und/oder aus einem Kunststoff und/oder oder aus einem Verbundstoff hergestellt. Diese können u. a. gemäß oben beschriebenen Herstellungsverfahren verarbeitet werden.In a further advantageous embodiment of the present invention, the flow straightener is made from a metal and in particular from aluminum and / or from a plastic and / or or from a composite material. These can include processed according to the manufacturing process described above.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung zusätzlich eine Befestigungseinheit, wobei die Befestigungseinheit eingerichtet ist, den Strömungsgleichrichter irreversibel oder reversibel an einer vordefinierten Position bezüglich des Kühlkörpers zu befestigen. D. h., dass der Strömungsgleichrichter mittels der Befestigungseinheit beispielsweise direkt am Kühlkörper oder in einem vordefinierten Abstand zum Kühlkörper befestigt werden kann. Die Befestigungseinheit kann beispielsweise in ein Gehäuse integriert sein, welches den Strömungsgleichrichter und den Kühlkörper zumindest teilweise umschließen kann. Alternativ oder zusätzlich kann die Befestigungseinheit auch in den Kühlkörper und/oder den Strömungsgleichrichter selbst integriert sein. Weiter alternativ oder zusätzlich kann die Befestigungseinheit auch ein Rahmen oder eine oder mehrere Streben sein, welche eingerichtet sind, den Strömungsgleichrichter bezüglich des Kühlkörpers unbeweglich anzuordnen. Eine Verbindung zwischen dem Strömungsgleichrichter und dem Kühlkörper kann beispielsweise stoffschlüssig (z. B. durch Verkleben) und/oder formschlüssig (z. B. durch eine Rastvorrichtung oder eine Verschraubung) und/oder kraftschlüssig (z. B. durch eine Klemmvorrichtung) erfolgen. Eine reversible Befestigung des Strömungsgleichrichters am Kühlkörper bietet insbesondere den Vorteil, dass der Strömungsgleichrichter in unterschiedlichen Einsatzszenarien durch einen alternativen Strömungsgleichrichter mit einem abweichenden Gleichrichtungsverhalten ersetzt werden kann. Auf diese Weise können beispielsweise unterschiedliche Sensoren mit unterschiedlichen Kühlleistungsanforderungen im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung eingesetzt werden (z. B. in einem Testbetrieb für eine Mehrzahl von Sensoren), da jeweils an die Sensoren angepasste Strömungsgleichrichter verwendet werden können.In a further advantageous embodiment of the present invention, the device according to the invention additionally comprises a fastening unit, the fastening unit being set up to fasten the flow straightener irreversibly or reversibly at a predefined position with respect to the heat sink. This means that the flow straightener can be fastened by means of the fastening unit, for example, directly to the heat sink or at a predefined distance from the heat sink. The fastening unit can, for example, be integrated into a housing which can at least partially enclose the flow straightener and the heat sink. Alternatively or additionally, the fastening unit can also be integrated into the heat sink and / or the flow straightener itself. As an alternative or in addition, the fastening unit can also be a frame or one or more struts which are set up to arrange the flow straightener immovably with respect to the cooling body. A connection between the flow straightener and the heat sink can, for example, be cohesive (e.g. B. . by gluing) and / or form-fitting (e.g. B. . by means of a locking device or a screw connection) and / or non-positively (e.g. B. . by a clamping device). A reversible fastening of the flow straightener on the heat sink offers the particular advantage that the flow straightener can be replaced by an alternative flow straightener with a different straightening behavior in different application scenarios. In this way, for example, different sensors with different cooling performance requirements can be used in connection with the device according to the invention (e.g. B. . in a test mode for a plurality of sensors), since flow straighteners adapted to the sensors can be used.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung ferner eine Kühlvorrichtung, welche eingerichtet ist, Wandflächen wenigstens eines Teils der Mehrzahl von Strömungskanälen zu kühlen, so dass ein die gekühlten Strömungskanäle passierender Luftstrom durch die Wandflächen dieser Strömungskanäle zusätzlich gekühlt werden kann. Zu diesem Zweck können die jeweiligen Strömungskanäle bevorzugt aus einem Material hergestellt sein, welches über eine hohe Wärmeleitfähigkeit verfügt (z. B. Aluminium). Eine Kühlung der Wandflächen kann beispielsweise mittels eines oder mehrerer Peltier-Elemente und/oder mittels einer Wasserkühlung erfolgen. Die Kühlung kann beispielsweise an jeweiligen Außenflächen des Strömungsgleichrichters und/oder zwischen jeweiligen Strömungskanälen des Strömungsgleichrichters erfolgen.In a further advantageous embodiment of the present invention, the device according to the invention further comprises a cooling device which is set up to cool wall surfaces of at least a part of the plurality of flow channels so that an air flow passing through the cooled flow channels can additionally be cooled through the wall surfaces of these flow channels. For this purpose, the respective flow channels can preferably be made of a material that has a high thermal conductivity (e.g. B. . Aluminum). The wall surfaces can be cooled, for example, by means of one or more Peltier elements and / or by means of water cooling. The cooling can, for example, on respective outer surfaces of the Flow straightener and / or take place between respective flow channels of the flow straightener.

FigurenlisteFigure list

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. Dabei zeigen:

1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung in Verbindung mit einem Lüfter und einem LIDAR-Sensor;
2a eine Draufsicht auf eine Lufteintrittsschnittstelle eines erfindungsgemäßen Strömungsgleichrichters in einer ersten Ausführungsform;
2b eine Querschnittsansicht des Strömungsgleichrichters in 2a;
3a eine Draufsicht auf eine Lufteintrittsschnittstelle eines erfindungsgemäßen Strömungsgleichrichters in einer zweiten Ausführungsform;
3b eine Querschnittsansicht des Strömungsgleichrichters in 3a;
4 eine erfindungsgemäße Vorrichtung in Verbindung mit einem Lüfter und einer Befestigungseinheit; und
5 eine erfindungsgemäße Vorrichtung in Verbindung mit einem Lüfter und einem Luftfilter.

Exemplary embodiments of the invention are described in detail below with reference to the accompanying drawings. Show:

1 a device according to the invention in connection with a fan and a LIDAR sensor;
2a a plan view of an air inlet interface of a flow straightener according to the invention in a first embodiment;
2 B a cross-sectional view of the flow straightener in FIG 2a ;
3a a plan view of an air inlet interface of a flow straightener according to the invention in a second embodiment;
3b a cross-sectional view of the flow straightener in FIG 3a ;
4th a device according to the invention in connection with a fan and a fastening unit; and
5 a device according to the invention in connection with a fan and an air filter.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

1 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung in Verbindung mit einem Lüfter 40 und einem LIDAR-Sensor 80. Eine zu kühlende Gehäusefläche des LIDAR-Sensors 80 ist mit einer Temperaturschnittstelle 90 eines Kühlkörpers 10 verbunden, über welche durch den LIDAR-Sensor 80 erzeugte Wärme an den Kühlkörper 10 abgeführt wird. Der Kühlkörper 10 verfügt auf einer dem LIDAR-Sensor 80 abgewandten Seite über eine Mehrzahl von Kühlrippen 60, deren Endflächen eine einhüllende Wärmeableitfläche 15 des Kühlkörpers 10 ausbilden. Ein erfindungsgemäßer Strömungsgleichrichter 20 verfügt über eine Mehrzahl von Strömungskanälen 24, welche hier in einer seitlichen Querschnittsansicht dargestellt sind. Der Strömungsgleichrichter 20 weist eine Lufteintrittsschnittstelle 22 und eine Luftaustrittsschnittstelle 26 auf und ist eingerichtet, einen durch einen Axiallüfter 40 erzeugten, in die Lufteintrittsschnittstelle 22 eintretenden diffusen Luftstrom 30 gleichzurichten und diesen an der Luftaustrittsschnittstelle 26 in Form eines gleichgerichteten Luftstroms 35 senkrecht zur einhüllenden Wärmeableitfläche 15 des Kühlköpers 10 an den Kühlkörper 10 auszugeben. 1 shows a device according to the invention in connection with a fan 40 and a LIDAR sensor 80 . A housing surface of the LIDAR sensor to be cooled 80 is with a temperature interface 90 a heat sink 10 connected via which by the LIDAR sensor 80 generated heat to the heat sink 10 is discharged. The heat sink 10 has on one of the LIDAR sensors 80 facing away from a plurality of cooling fins 60 , the end faces of which have an enveloping heat dissipation surface 15th of the heat sink 10 form. A flow straightener according to the invention 20th has a plurality of flow channels 24 , which are shown here in a side cross-sectional view. The flow straightener 20th has an air inlet interface 22nd and an air exit interface 26th on and is set up, one by an axial fan 40 generated in the air inlet interface 22nd incoming diffuse airflow 30th rectify and this at the air outlet interface 26th in the form of a rectified air flow 35 perpendicular to the enveloping heat dissipation surface 15th of the heat sink 10 to the heat sink 10 to spend.

2a zeigt eine Draufsicht auf eine Lufteintrittsschnittstelle 22 eines erfindungsgemäßen Strömungsgleichrichters 20 in einer ersten Ausführungsform. Der Strömungsgleichrichter 20 besteht aus einer Mehrzahl von Strömungskanälen 24, welche jeweilige Lufteintrittsflächen 23 umfassen. Eine Umrissform der Lufteintrittsflächen 23, welche einem Querschnitt der jeweiligen Strömungskanäle 24 entspricht und eine Fläche der Lufteintrittsflächen 23, sind hier für alle Lufteintrittsflächen 23 einheitlich ausgestaltet. 2a shows a top view of an air inlet interface 22nd of a flow straightener according to the invention 20th in a first embodiment. The flow straightener 20th consists of a plurality of flow channels 24 which respective air inlet surfaces 23 include. An outline shape of the air inlet surfaces 23 , which is a cross section of the respective flow channels 24 corresponds to and an area of the air inlet surfaces 23 , are here for all air inlet surfaces 23 uniformly designed.

2b zeigt eine Querschnittsansicht des Strömungsgleichrichters 20 in 2a, wobei es sich um einen Querschnitt entlang der Linie A in 2a handelt. In der Querschnittsansicht des Strömungsgleichrichters 20 ist zusätzlich zur Mehrzahl von Lufteintrittsflächen 23 eine Mehrzahl von Luftaustrittsflächen 27 zu erkennen. 2 B Figure 13 shows a cross-sectional view of the flow straightener 20th in 2a , which is a cross-section along the line A. in 2a acts. In the cross-sectional view of the flow straightener 20th is in addition to the majority of air inlet surfaces 23 a plurality of air outlet surfaces 27 to recognize.

3a zeigt eine Draufsicht auf eine Lufteintrittsschnittstelle 22 eines erfindungsgemäßen Strömungsgleichrichters 20 in einer zweiten Ausführungsform. Der Strömungsgleichrichter 20 besteht hier ebenfalls aus einer Mehrzahl von Strömungskanälen 24, welche jeweilige Lufteintrittsflächen 23 umfassen. Jeweilige Umrissformen der Lufteintrittsflächen 23 und jeweilige Größen der Lufteintrittsflächen 23 variieren hier in Richtung einer y-Achse, so dass mittels des Strömungsgleichrichters 20 ein vordefinierter Kühlleistungsgradient an einem nachgelagerten (nicht gezeigten) Kühlkörper erzeugt wird. 3a shows a top view of an air inlet interface 22nd of a flow straightener according to the invention 20th in a second embodiment. The flow straightener 20th here also consists of a plurality of flow channels 24 which respective air inlet surfaces 23 include. Respective outlines of the air inlet surfaces 23 and respective sizes of the air inlet areas 23 vary here in the direction of a y-axis, so that by means of the flow straightener 20th a predefined cooling capacity gradient is generated on a downstream heat sink (not shown).

3b zeigt eine Querschnittsansicht des Strömungsgleichrichters 20 in 3a, wobei es sich um einen Querschnitt entlang der Linie B in 3a handelt. In der Querschnittsansicht des Strömungsgleichrichters 20 ist zusätzlich zur Mehrzahl von Lufteintrittsflächen 23 eine Mehrzahl von Luftaustrittsflächen 27 zu erkennen. 3b Figure 13 shows a cross-sectional view of the flow straightener 20th in 3a , which is a cross-section along the line B. in 3a acts. In the cross-sectional view of the flow straightener 20th is in addition to the majority of air inlet surfaces 23 a plurality of air outlet surfaces 27 to recognize.

4 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung in Verbindung mit einem Lüfter 40 und einer Befestigungseinheit 70. Die Befestigungseinheit 70 ist eingerichtet, einen Kühlkörper 10 und einen erfindungsgemäßen Strömungsgleichrichter 20 in einem vordefinierten Abstand zueinander unbeweglich miteinander zu verbinden. Zu diesem Zweck sind sowohl der Kühlkörper 10, als auch der Strömungsgleichrichter 20 mittels Schrauben mit der Befestigungseinheit 70 formschlüssig verbunden. Der Strömungsgleichrichter weist in Richtung einer y-Achse unterschiedliche Querschnittsflächen jeweiliger Strömungskanäle 24 des Strömungsgleichrichters 20 auf, wobei die Größen der Querschnittsflächen in Richtung der y-Achse von unten nach oben zunehmen. Dadurch wird ein in den Strömungsgleichrichter 20 in negativer Richtung einer z-Achse eintretender diffuser Luftstrom 30, welcher durch den Lüfter 40 erzeugt wird, durch den Strömungsgleichrichter 20 derart verändert, dass eine Strömungsgeschwindigkeit eines aus dem Strömungsgleichrichter 20 austretenden gerichteten Luftstroms 35 von unten nach oben abnimmt. Auf diese Weise wird mittels des gerichteten Luftstroms 35 am Kühlkörper 10 ein vordefinierter Kühlleistungsgradient erzeugt, wobei ein unterhalb einer Linie C befindlicher Bereich einer Temperaturschnittstelle 90 des Kühlkörpers 10 stärker gekühlt wird, als ein Bereich der Temperaturschnittstelle 90 oberhalb der Linie C. 4th shows a device according to the invention in connection with a fan 40 and a fastening unit 70 . The fastening unit 70 is set up a heat sink 10 and a flow straightener according to the invention 20th to connect immovably to one another at a predefined distance from one another. For this purpose, both the heat sink 10 , as well as the flow straightener 20th by means of screws with the fastening unit 70 positively connected. The flow straightener has different cross-sectional areas of respective flow channels in the direction of a y-axis 24 of the flow straightener 20th on, the sizes of the cross-sectional areas increasing from bottom to top in the direction of the y-axis. This causes an in the flow straightener 20th diffuse air flow entering in the negative direction of a z-axis 30th which by the fan 40 is generated by the flow straightener 20th changed such that a flow velocity one out of the flow rectifier 20th outgoing directed air flow 35 decreases from bottom to top. In this way, by means of the directed air flow 35 on the heat sink 10 a predefined cooling capacity gradient is generated, with one below a line C. located area of a temperature interface 90 of the heat sink 10 is cooled more than an area of the temperature interface 90 above the line C. .

5 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung in Verbindung mit einem Lüfter 40 und einem Luftfilter 50. Aufgrund der Ähnlichkeiten zwischen 5 und 4 werden zur Vermeidung von Wiederholungen nachfolgend nur die Unterschiede zu 4 beschrieben. In 5 ist die Befestigungseinheit aus 4 nicht dargestellt. Stattdessen zeigt 5 das Luftfilter 50, welches dem Lüfter 40 an einer Luftansaugseite des Lüfters 40 vorgelagert ist. Das Luftfilter 50 weist eine Gitterstruktur auf, welche eingerichtet ist, durch den Lüfter 40 angesaugte Schmutzpartikel herauszufiltern, so dass diese nicht durch den Lüfter 40 in den erfindungsgemäßen Strömungsgleichrichter 20 befördert werden können. Auf diese Weise kann eine vordefinierte Gleichrichtungsfunktion des Strömungsgleichrichters 20 sichergestellt werden. 5 shows a device according to the invention in connection with a fan 40 and an air filter 50 . Because of the similarities between 5 and 4th To avoid repetition, only the differences are shown below 4th described. In 5 the fastening unit is off 4th not shown. Instead shows 5 the air filter 50 which the fan 40 on one air intake side of the fan 40 is upstream. The air filter 50 has a lattice structure that is set up by the fan 40 To filter out sucked-in dirt particles, so that they do not get through the fan 40 in the flow straightener according to the invention 20th can be promoted. In this way, a predefined rectification function of the flow straightener 20th be ensured.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

US 7652880 B2 [0002]
US 4884631 A [0003]
DE 102007045555 A1 [0004]

Claims

Device for adapting a temperature distribution on a heat sink (10) comprising: • a flow straightener (20) comprising: o an air inlet interface (22), o a plurality of flow channels (24) each with an air inlet surface (23) and an air outlet surface (27), and o an air outlet interface (26), and • a heat sink (10) where • the plurality of flow channels (24) are arranged parallel to one another and aligned such that a longitudinal axis of the respective flow channels (24) is perpendicular to an opening area of the air inlet interface (22) and the air outlet interface (24) of the flow straightener (20), and • the flow straightener (20) is set up, o receive an actively or passively generated diffuse air flow (30) via the air inlet interface (22), o rectify the diffuse air flow (30) via the plurality of flow channels (24), and o to output the rectified air flow (35) via the air outlet interface (26) essentially vertically to a heat dissipation surface (15) enveloping the cooling body (10).

Device according to Claim 1 further comprising: • a fan (40), the fan (40) being set up to • generate an air flow (30), the average flow direction of which is oriented essentially perpendicular to the opening surface of the air inlet interface (22) of the flow straightener (20).

Device according to one of the preceding claims, further comprising: • an air filter (50), where • the air filter (50) by a suitable definition of the respective sizes and / or contours of the air inlet surfaces (23) by the flow straightener (20) itself, and / or • is realized by a filter structure upstream of the fan (40) in the direction of the air flow (30) in the suction direction.

Device according to one of the preceding claims, wherein the air inlet surfaces (23) and / or the air outlet surfaces (27) of the flow channels (24) in each case • a rectangular, and / or • a honeycomb, and / or • a round, and / or • have an elliptical outline shape.

Device according to Claim 4 wherein • an area and / or • an outline shape of the air inlet surfaces (23) and / or the air outlet surfaces (27) of the respective flow channels (24) is identical or varies for all flow channels (24).

Device according to one of the preceding claims, wherein • the respective air inlet surfaces (23) of the plurality of flow channels (24) lie entirely or only partially in a plane of the air inlet interface (22), and / or • the respective air outlet surfaces (27) of the plurality of flow channels (24) lie entirely or only partially in a plane of the air outlet interface (26).

Device according to one of the preceding claims, wherein the enveloping heat dissipation surface (15) of the heat sink (10) • a plane, or • one provided with a plurality of cooling fins (60) and / or • is a surface provided with a plurality of cooling pins.

Device according to one of the preceding claims, wherein the flow straightener (20) from • a metal and in particular made of aluminum, and / or • a plastic, and / or • is made of a composite.

Device according to one of the preceding claims, further comprising: • a fastening unit (70), wherein the fastening unit (70) is set up, the flow straightener (20) • irreversible, or • to be reversibly attached to a predefined position with respect to the heat sink (10).

Device according to one of the preceding claims, further comprising: • a cooling device wherein the cooling device is set up, • to cool wall surfaces of at least a part of the plurality of flow channels (24), so that an air flow passing through the cooled flow channels (24) is cooled through the wall surfaces of these flow channels (24).

Device according to one of the preceding claims, wherein a surface of inner walls of the flow channels (24) • is even, or • is provided with turbulence structures.

Device according to one of the preceding claims, wherein the device is set up over to cool the heat sink (10), a sensor (80) for a means of locomotion and in particular • a LIDAR sensor, and / or • a radar sensor, and / or • a video camera.